Ukkonen on kautta aikojen ollut osittain salaperäinen ilmiö. Vaikka sen syntymekanismi tunnetaan nykyisin jo melko hyvin, ukkosiin liittyvä tiede tuottaa edelleen yllätyksiä ja uutta tietoa.

Nyt japanilaiset tutkijat ovat todistaneet ensimmäistä kertaa, että ukkonen pystyy energiallaan tuottamaan ydinreaktioita ja radioaktiivisia aineita ilmakehässä.

Nature-tiedejulkaisussa julkaistussa tutkimuksessa on kuvailtu sitä, miten salaman synnyttämät gammasäteet reagoivat ilman kanssa ja tuottavat radioisotooppeja ja jopa positroneja, jotka ovat antimateriaversioita elektroneista.

”Me tiesimme jo, että ukkospilvistä ja salamoista lähtee gammasäteitä ja epäilimme, että ne reagoisivat jollain tavalla ilmakehässä olevien aineiden ydinten kanssa”, sanoo Kyoto yliopiston tutkija Teruako Enoto, joka on johtanut tutkimusta.

Tämän vuoden helmikuussa tehdyissä mittauksissa havaittiin Kashiwazakin kaupungissa iso piikki gammasäteilyssä muutaman sadan metrin päässä salamaniskun jälkeen.

Tutkijat löysivät mittauksia analysoidessaan kolme erillistä gammasädepurkausta. Ensimmäinen kesti alle millisekunnin, toinen oli gammasäteiden jälkihehkua, joka kesti muutaman kymmentä millisekuntia, ja kolmas purkaus kesti noin minuutin.

Ensimmäinen purkaus johtui itse salamaniskusta. Toinen jälkihehku johtui siitä, että salam reagoi ilmakehässä olevan typen kanssa. Salamaniskun synnyttämillä gammasäteillä oli niin paljon energiaa, että ne täräyttivät ilmakehässä olevista typpiatomeista pois neutronin. Jälkihehku syntyi siitä, että ilmakehässä olevat muut hiukkaset imivät tämän neutronin  itseensä.

Kolmas ja pisin purkaus johtui siitä, neutroninsa menettäneet epävakaat typpiatomit hajosivat. Niistä pääsi ilmoille positroneja, jotka törmäsivät puolestaan elektroneihin. Antihiukkasen ja hiukkasen törmäyksessä ne tuhoutuivat, jolloin syntyi gammasäteitä.

Irtoamisen seurauksena syntyneet radioaktiiviset isotoopit typpi-13 ja happi-15 ovat hyvin epävakaita. Ne hajoavat muutamassa minuutissa hiili-13:ksi sekä typpi-15:ksi, jotka ovat vakaita isotooppeja.

”Olemme ajatelleet, että antimateriaa on vain tieteiskirjallisuudessa. Kuka olisi arvannut, että sitä kulkee päidemme ylitse myrskyisenä päivänä?” Enoto sanoo.

Tutkimuksesta kertovat muun muassa Phys.org sekä Science-lehti.

Aiemmin syksyllä julkaistussa japanilaistutkimuksessa tutkijat havaitsivat, että ukkosmyrsky ”muuttui hiukkaskiihdyttimeksi, joka ampui gammasäteilyä maahan”.

Yhdysvaltalaisten ja japanilaisten tutkijoiden ryhmä onnistui havaitsemaan gammasädepurkauksia erityisillä hiukkasilmaisimilla.

Satelliitit ovat ennenkin havainneet gammasädepurkauksia ukkosmyrskyjen aikana. Japanissa tehty havainto oli kuitenkin poikkeuksellinen siinä, että ilmaisimet havaitsivat neutroneita. Poikkeuksellista on myös se, että vaikka normaalisti satelliitit ovat havainneet gammasäteiden nousevan poispäin maasta, tässä tapauksessa säteily kulki maahan päin.

Lue artikkeli ukonilman syntymisen syistä Tekniikan Maailmasta vuodelta 1972.